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Avant 1973, nous avions un réseau connu sous le nom de « sneakernet ». Pour transférer des fichiers entre ordinateurs, il fallait généralement enregistrer le fichier sur une sorte de disque ou de support amovible et se déplacer d’un ordinateur à l’autre. Heureusement, en 1973, Xerox a développé Ethernet.

Ethernet est une norme technologique de mise en réseau basée sur une topologie de bus. La norme Ethernet domine les réseaux locaux (LAN) de la plupart des organisations. La norme Ethernet originale utilisait un seul câble coaxial (coax) dans une topologie de bus pour connecter plusieurs ordinateurs entre eux.

Les extrémités du câble coaxial étaient terminées pour éviter le rebond du signal. Ethernet n’était pas capable de transférer des données très rapidement, du moins pas selon les normes actuelles. Cependant, il représentait une énorme amélioration par rapport à l’alternative sneakernet.

Ce n’est que vers 1979 que Xerox s’est associé à Digital Equipment Corporation (DEC) et Intel pour publier et promouvoir Ethernet. À cette époque, Ethernet continuait à fonctionner sur des câbles coaxiaux à une vitesse améliorée de 10 mégabits par seconde (Mbs).

Heureusement, Ethernet est finalement devenu une norme adoptée par l’IEEE. La norme Ethernet (802.3) est toujours maintenue par l’IEEE. L’Ethernet mis en œuvre à l’époque était 10Base2 (Ethernet fin) et/ou 10Base5 (Ethernet épais).

Il est important de savoir que les concepteurs d’Ethernet ont dû résoudre très tôt certains problèmes, tels que la manière d’envoyer des données sur le réseau, d’identifier les ordinateurs émetteurs et récepteurs, et de déterminer quel ordinateur doit utiliser le câble partagé à quel moment.

Ces problèmes ont été résolus en développant le concept de trame Ethernet pour encapsuler les données, en utilisant des adresses MAC codées en dur pour identifier les hôtes sur le réseau et en développant un processus appelé Accès multiple avec détection de porteuse et détection de collision (CSMA/CD). Ces trois éléments seront abordés plus en détail dans cet article et les suivants de cette série.

Qu’est-ce qu’Ethernet ?

Ethernet dans les années 90

Au milieu des années 90, Ethernet était mis en œuvre sur les réseaux à un rythme croissant. La technologie utilisée pour connecter les nœuds du réseau a également commencé à s’améliorer. Plutôt que d’utiliser un câble coaxial unique pour connecter les ordinateurs entre eux, on utilisait désormais un câblage à paires torsadées non blindées (UTP). Le comité IEEE 802.3 a publié cette nouvelle version d’Ethernet appelée 10BaseT qui utilisait des concentrateurs et un câblage UTP.

Les réseaux ont commencé à voir un changement dans la topologie physique (disposition). L’ancienne topologie en bus est remplacée par une nouvelle topologie en étoile. Le changement est d’abord lent. L’épine dorsale des réseaux restait un bus (10Base5), mais plutôt que de brancher des ordinateurs sur le bus, on connectait des hubs. Ensuite, à partir des concentrateurs, vous aviez plusieurs ordinateurs connectés qui alimentaient ces nouveaux dispositifs. Il était désormais beaucoup plus facile d’ajouter des ordinateurs au réseau.

Maintenant que les concentrateurs commençaient à être largement disponibles, il était beaucoup plus facile de mettre en œuvre des nœuds Ethernet sur le réseau. Le câblage réseau 10Base2 était plus difficile à utiliser que le câblage UTP. Le câble coaxial 10Base2 est très similaire au type de câblage que vous utilisez chez vous pour connecter des appareils vidéo, comme ceux que le « câblo-opérateur » vous fournit pour vos téléviseurs.

Le câblage UTP ressemble davantage au câble que vous utilisez pour connecter vos lignes téléphoniques. En fait, le câblage UTP de catégorie 5 est celui qui est généralement installé pour les lignes téléphoniques aujourd’hui, plutôt que les anciennes lignes de catégorie 1 utilisées il y a quelques décennies.

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Les trames Ethernet

Le concept de trame se trouve à la couche 2 du modèle OSI. Les hôtes réseau transmettent des trames, plutôt que toutes les données en une seule fois, pour deux très bonnes raisons. Tout d’abord, un hôte réseau qui transmet les données en un seul gros morceau court le risque que quelque chose ne se passe pas comme prévu lors de la transmission.

Par exemple, si vous devez transmettre 1 Go de données sur le réseau, que vous envoyez les données en une seule fois et qu’une erreur se produit juste avant la fin de la transmission, l’ordinateur qui envoie les données sur le réseau devra recommencer depuis le début.

Cependant, lorsque les données sont gérées dans des trames plus petites, si une trame est endommagée, l’ordinateur source peut redémarrer la communication au point de la dernière trame qui a été reçue de l’ordinateur cible. En outre, lorsque plusieurs ordinateurs ont accès au réseau en même temps, l’envoi de trames plus petites permet à plusieurs ordinateurs de participer au réseau sans avoir à attendre qu’un ordinateur envoie complètement toutes les données au système cible.

Structure de la trame

Une trame Ethernet est constituée de plusieurs sections importantes. La trame Ethernet contient plus qu’un simple morceau de données. Elle nécessite un préambule afin que les nœuds du réseau puissent déterminer le début d’une trame. En outre, une trame contient un adressage MAC source et destination afin que le système cible puisse savoir quand une trame doit être captée par sa carte d’interface réseau (NIC) Ethernet.

Après les informations d’adressage, la trame comprend des informations sur sa longueur. Une trame Ethernet peut transporter jusqu’à un maximum de 1500 octets de données dans une trame. Ensuite, vous trouverez la section de données de la trame. Si les deux nœuds utilisent le protocole TCP/IP, vous trouverez des informations de protocole de plus haut niveau telles que les adresses IP source et destination.

Si la taille de la trame Ethernet est inférieure à 64 octets, ce qui est le minimum autorisé, un remplissage supplémentaire sera ajouté à la section des données. Enfin, les trames Ethernet comportent une section de contrôle de redondance cyclique (CRC). Les informations stockées dans le CRC sont utilisées par le système cible pour déterminer si la trame est intacte ou a été endommagée pendant la transmission sur le réseau.
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CSMA/CD

Les réseaux Ethernet utilisent un système appelé Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection, ou CSMA/CD en abrégé. Le système CSMA/CD est utilisé par les hôtes du réseau pour déterminer quand un nœud du réseau peut accéder au câble réseau partagé à un moment donné. La détection de porteuse signifie que chaque nœud utilisant le réseau examine le câble avant d’envoyer une trame de données.

En d’autres termes, le nœud Ethernet doit d’abord écouter le réseau pour savoir si un autre nœud est en train de transmettre des données. Si le nœud détermine qu’un autre nœud est en train de transmettre, il attendra quelques millisecondes, puis réessayera.

Si aucun nœud n’est détecté comme transmettant, le nœud va tenter d’accéder au câble réseau. L’accès multiple signifie simplement que tous les nœuds ont un accès égal au fil. Si la ligne est libre, tout nœud Ethernet peut commencer à envoyer une trame.

Que se passe-t-il donc si deux machines sont à l’écoute du câble, décident simultanément qu’il est libre et tentent d’envoyer une trame ? Eh bien, une collision se produit. La transmission des deux nœuds qui ont accédé au réseau au même moment sera rejetée. Aucun autre nœud du réseau ne sera en mesure de traiter les informations provenant de l’un ou l’autre nœud.

N’oubliez pas que lorsque des données sont placées sur le réseau, c’est en réalité un signal électrique qui est envoyé sur le fil. Si un autre hôte interrompt ce signal, le signal (les données) de l’hôte d’origine sera endommagé. Si une collision se produit, les nœuds qui ont été affectés par la collision retarderont leur nouvelle tentative d’accès au réseau.

Chacun avec un décalage de temps aléatoire pour atténuer le risque d’une autre collision entre les deux nœuds. Il est facile pour les NIC de se rendre compte qu’une collision s’est produite. Les collisions créent des tensions inattendues sur le fil. Les collisions font partie du fonctionnement normal d’un réseau Ethernet. Sur un réseau Ethernet half-duplex typique, vous devez vous attendre à voir environ 10 % des trames entrer en collision.